冷德龙，杜 洁，孙连明，苏朋军

（中国第一汽车集团有限公司研发总院，吉林 长春 130011）

随着交通运输行业的发展，商用车的市场保有量大幅上涨，先进的技术手段也得到广泛应用。商用汽车控制是一个比较复杂的过程，其中，车速信号对于商用汽车控制来说是一个非常重要的信号，车速信号不可靠会给汽车控制带来非常严重的问题，甚至会危及行车安全［1］。目前多数商用汽车是由组合仪表IC采集车速传感器的脉冲信号［2］，实现组合仪表车速指示、里程累积，并且通过CAN总线转发给发动机电控系统EMS、行车记录仪TCO等，如图1所示。但是存在一些问题，主要是由于电气系统干扰、机械连接不可靠等因素引起的车速信号不稳定、车速信号丢失等问题，给汽车控制带来非常严重的问题，直接危及行车安全。另外，由于整车载荷、轮胎气压不足、轮胎打滑等因素，车速指示出现偏差，从而导致行驶里程不准确，给用户带来不便［3］。

图1 车速信号路由示意图

本文首先分析产生当前故障可能存在的故障模式，并从故障件试验、故障件拆解、原理理论分析、台架试验、故障车采集信号等方面排查。最终确定通过对仪表软件优化，采用多信号源融合冗余处理方案，以提高车速信号的可靠性。同时通过试验测试验证确认符合设计要求，最终该方案得到批量装车应用。

1 问题分析

1.1 问题描述

车辆行驶过程中，偶发车速表指针抖动，较明显的一个现象就是：定速巡航保持80 km／h的速度行驶，突然出现车速表指针从80 km／h瞬间跌落到30 km／h左右，甚至会到0，然后又返回正常的车速指示值。同时，由于发动机电控系统接收仪表的车速信号，由于车速小于某一临界值，整车定速巡航会自动退出。

1.2 问题定位

从整车及零部件性能 （EMC干扰、电性能）、搭铁线干扰 （零漂）、线束插接器接触不良、传感器同变速器齿轮接触振动、仪表车速处理算法 （包括滤波、异常处理）、零部件硬件电路设计等方面依次排查，结论见表1。

表1 问题排查过程

通过对可能存在的故障模式从故障件试验、故障件拆解、原理理论分析、台架试验、故障车采集信号等方面排查，最后确定从优化组合仪表软件着手。

2 多信号源融合方案

由于整车ABS标配，通过实车测试，将ABS车速信号同变速器上的车速传感器信号进行对比，如图2所示，ABS车速信号同车速传感器车速信号一致 （按照法规要求，正常仪表指示车速比实际偏大），并且ABS车速信号较稳定，可以引入ABS信号源实现车速指示的冗余设计，同时对于配置车队管理模块的车型，还引入了GPS信号进行冗余校验。通过改进算法策略提示车速指示、CAN输出的可靠性。

图2 ABS车速信号值同车速表指示值对比

2.1 方案描述

多信号源融合的车速信号处理方案，该系统包括安装在变速器上的车速传感器、防抱死制动系统ABS、具有GPS模块的车队管理系统和接收以上3种车速信号的组合仪表。图3为系统连接框图。其中，组合仪表与车速传感器通过硬线相连，防抱死系统ABS、车队管理系统 （含GPS模块）、组合仪表通过整车CAN总线相连。车速传感器将变速器输出轴的转速信号转换为方波脉冲信号，组合仪表接收车速传感器的脉冲信号，根据内部存储的后桥速比、轮胎滚动半径计算出车速值，即为车速信号一。防抱死系统ABS通过轮速传感器采集车轮转速信号，组合仪表通过CAN总线接收防抱死系统ABS的轮速信号［4］，根据内部存储的轮胎滚动半径计算出车速值，即为车速信号二。车队管理系统含有GPS模块，可以时刻记录整车的行驶轨迹、速度、里程信息，组合仪表IC周期性地通过CAN接收车队管理系统的GPS信号，实现对整车行驶车速、里程的校正，即车速信号三，其中校正系数K，默认为1.00。

图3 多车速信号源融合系统框图

该多信号源融合的车速信号处理系统，在不同的工作情况下，组合仪表可以接收到车速信号一、车速信号二和车速信号三中的一种或多种车速信号。组合仪表车速信号处理策略如下：①当以上3种车速信号均存在，优先采用车速信号一，并采用车速信号二进行冗余校验，采用车速信号三进行校正。②当车速信号一丢失，车速信号二、车速信号三存在，则采用车速信号二进行指示，采用车速信号三进行校正。③当车速信号一、车速信号三存在，车速信号二丢失，则采用车速信号一指示，采用车速信号三进行校正。④当车速信号一、车速信号二存在，车速信号三丢失，则采用车速信号一指示，并采用车速信号二进行冗余校验，不进行校正。⑤当车速信号一或车速信号二其一丢失，且车速信号三丢失，则采用另外一路信号进行指示，不进行校验、校正。⑥当车速信号一、车速信号二丢失，不考虑车速信号三，则无车速指示，提示需要立即维修。

对于以上3种车速信号需要进行信号无效和有效判断，需要进行丢失 （延迟）和恢复处理。对于以上任一情况，如果存在任一车速信号异常，组合仪表会记录并存储故障供维修查询，并可通过车队管理系统传回后台信息系统。

另外，除了不同信号源之间比对校验，在不影响响应特性要求的前提下，融入加速度控制策略，即当连续2次周期采样 （ms级）车速差值超过某一值 （根据标定情况确定），延迟一段时间 （ms级）再进行判断，并响应车速表指示和车速信号的输出。

2.2 试验测试

对改进的组合仪表样件进行台架功能测试并通过。对试验车换装新组合仪表并进行状态情况跟进，统计信息见表2。试验车最长行驶30 000 km，最长时间120天未出现车速相关异常情况。

通过整车试验，验证了多信号源融合的车速处理方案的可行性。即使系统干扰、连接不可靠、车速传感器失效，仪表也能获取准确的车速信号并发送给其他控制器使用；即使在整车载荷变化、轮胎气压不足等状况下，仪表也能正确指示车速、里程。通过多车速信号源融合的冗余设计达到车速可靠显示与输出，自动定期校正的作用。组合仪表新设计方案已正式切换应用。

表2 改进仪表车速试验情况跟进

3 结论

通过故障模式分析，得出问题解决方案，提出对组合仪表进行软件优化，并采用多信号源融合冗余处理方案，以提高车速信号的可靠性。该车速信号处理系统融合了车速传感器硬线脉冲信号、防抱死制动系统ABS的CAN信号和车队管理系统的GPS车速信号共3种车速信号源，通过多数据源的车速信号互相冗余校验、修正，有效解决了单一车速信号源系统由于干扰、连接不可靠等因素引起的车速异常问题，避免了由于整车载荷变化、轮胎气压不足等原因产生的车速、里程不准问题，保证了整车车速信号的稳定性和可靠性。该多车速信号源融合冗余处理方案为车速设计提供了参考意义。